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1、目 录第1章 设计概述及设计背景11.1 设计概述11.2 设计背景1第2章 主要结构及基本组成22.1 主要结构22.2 基本组成2第3章 初溜塔构造的设计33.1 塔高确定33.2 塔盘选型与设计43.3 主图4第4章 材料选择和厚度计算54.1 材料的选择54.2 厚度计算5第5章 心得与体会6参考文献7附 录8第1章 设计概述及设计背景1.1 设计概述塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。它的作用是实现气（汽）液相或液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业
2、气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。塔设备应用面广、量大。据统计，塔设备无论其投资费用还是所消耗的钢材重量，在整个过程设备中所占的比例都相当高。其性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。因此，随着石油、化工行业的迅速发展，塔设备的设计和研究越来越受到关注和重视。为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求：气液两相充分接触，相际间传热面积大；生产能力大，即气液处理量大；操作稳定，操作弹性大；阻力小；结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操作
3、费用低；耐腐蚀，不易堵塞。塔设备的分类：1.按操作压力分有加压塔、常压塔及减压塔；2.按单元操作分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等；3.按内件结构分有填料塔、板式塔。1.2 设计背景本次设计的常压装置初馏塔是炼油厂生产装置中的初期设备。原油的蒸馏方式主要有一段汽化、二段汽化和三段汽化蒸馏工艺流程。我国石化行业主要采用后两种方式。其中，初馏塔是三段汽化蒸馏工艺流程（预汽化常压蒸馏减压蒸馏）中的“预汽化”设备。在炼油工艺中，原油在蒸馏前必须进行严格的脱盐、脱水，脱盐后原油换热到230240进初馏塔（又称预汽化塔），塔顶出轻汽油馏分或重整原料。塔底为拔头原油经常压炉加热至36037
4、0进入常压分馏塔，塔顶出汽油。从原油的处理过程来看，上述常减压蒸馏装置分为原油初馏（预汽化）、常压蒸馏和减压蒸馏三部分，油料在每一部分都经历一次加热汽化冷凝过程，故称之为“三段汽化”。第2章 主要结构及基本组成2.1 主要结构在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔及板式塔，所以主要考虑这两种类别。考虑到设计条件，在初馏塔中介质原油的分离程度要求不高，成分复杂，而且板式塔较填料塔而言其效率更高，更稳定，液气比适用范围大，持液量较大，安装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。 板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿
5、过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化。塔盘采用浮阀型式。因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛，具有优异的综合性能，在设计和选用时常作为首选的板式塔型式。板式初馏塔的总体结构见装配草图。由图可见，板式塔除了各种内件之外，主要由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。2.2 基本组成a.塔体塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒及上下封头组成。对于大型塔设备，为了节省材料也有采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备通常安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（内压或外压）、温度外，还要考虑风载、地震载荷、偏心载荷
6、。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。本设计中初馏塔为常压0.1MPa，采用等直径等厚度型式。b.支座塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为该塔设备较高、重量较大，为保证其足够的强度及刚度，故采用裙式支座。c.人孔及手孔为安装、检修、检查等需要，本初馏塔体上设有人孔。d.接管用于连接工艺管线，使塔设备与其他相关设备相连接。本初馏塔的主要接管见草图。第3章 初溜塔构造的设计3.1 塔高确定（1）塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间高度取ha=1500mm。（2）塔的底部空间高度塔的底部空间高度是塔
7、底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。当进料系统有15分钟的缓冲时间容量时，釜液的停留时间可取35分钟，否则须取15分钟。根据塔径2500mm，可取塔底部空间高度7535mm。（3）塔的主体高度塔体内部共设有19层塔板，其中包括精馏段15层，提馏段4层。塔盘之间的间距应主要考虑的因素有：雾沫夹带、物料的起泡性、操作弹性、安装和维修的要求。此外，塔板间距与液泛密切相关，塔板间距越大，越不易发生液泛。综合考虑以上因素，结合塔板间距标准系列，可取塔板间距为600mm。为了检修和安装的方便，每5块塔板之间设有一个人孔，此处的两塔板间距取800mm。进油口处空间高度取3450mm。主体高度：4600+
8、800+4600+800+4600+3450+4600=14650mm（4） 椭圆形封头根据JB/T4736-2002 ，选用EHA250010Q235B型号封头。如图2-1。图3-1椭圆形封头表3-1椭圆形封头主要参数公称直径DN /mm总深度H/mm内表面积A/mm2容积待添加的隐藏文字内容3V/ mm3直边高度h/mm质量m/kg25006657.08912.241740543.7（6）塔的总高度H=1500+7535+14650+665+2500=26850mm3.2 塔盘选型与设计选用的浮阀塔盘，这类塔盘的塔盘板开有阀孔，安装了能在适当范围内上下浮动的阀片，其形状有圆形、条形、方形等
9、。由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向催促，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也小。浮阀具有生产能力大，操作弹性大，效率高，塔板结构及安装较泡罩简单因而重量轻，制造费用底的优点。浮阀是浮阀塔的气液传质元件。目前国内应用最为普遍的是F1型浮阀。F1型浮阀分为轻阀和重阀两种，轻阀采用1.5mm薄板冲压而成，质量约为25kg；重阀采用2mm薄板冲压，质量约为33g。由于轻阀漏液较大，除真空操作时选用外，一般用重阀。浮阀的阀片及阀腿是整体冲压的，阀片的周围还冲有三个下弯的小定距片。在浮阀关闭阀孔时，它能使
10、浮阀与塔板间保留一小的间隙，一般约为2.5mm，同时，小定距片还能保证阀片停在塔板上与其他点接触，避免阀片粘在塔板上而无法上浮。阀片四周向下倾斜，且有锐边，增加了气体进入液层的湍动作用，有利于气液传质。浮阀的最大开度有阀腿的高度决定，一般为12.5mm。3.3 主图主要过程流程图由附录给出。第4章 材料选择和厚度计算4.1 材料的选择4.1.1 筒体和封头材料的选择在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在以强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，选用Q235系列的碳素钢。这类钢强度较低，塑性和可焊接性较好。由于容器设计压力为0.10MPa，即小于1.6MPa，钢板使用
11、温度为320，在0-350范围内，故筒体和封头都选用Q235-B的钢板。由于椭圆形封头吸取了半球形封头受力好和蝶形封头受力浅的优点，且椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀，所以选择椭圆形封头。4.1.2裙座材料的选择裙座不直接与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。故也选用Q235-B。4.1.3 接管的材料选用Q235-B作为补强圈的材料，部分接管用20，法兰选用20。具体将在装配图上注明。4.2 厚度计算安装在室外的大型塔设备常压装置初馏塔，除受操作压力作用外，还受设备自身质量引起的重力，地震、风载荷等的作用，而引起的轴向
12、应力。从而可能使轴向组合应力，大于设计压力而引起的环向应力，而使设备因轴向应力过大而破坏。因此我国JBT47102005钢制塔式容器规定对高度大于10m，且高度与直径之比大于5的裙座自支承塔式容器，按设计压力计算确定塔壳的圆筒和封头的有效厚度后，再根据地震、风载荷的需要，并考虑制造、运输、安装的要求，设定一个不得小于按压力计算的圆筒有效厚度es，且es应不小于6mm。然后进行载荷计算，圆筒应力校核和裙座计算，校核设定的e、es是否合适，以确保塔式设备的环向、轴向强度和稳定性。第5章 心得与体会经过这段时间的设计学习，我觉得对于设计的基本流程以及相关的工作过程已经有了更多的掌握。本次课程设计是建
13、立在以前几次设计的基础上进行的，不同之处就是毕业设计涉及的问题更加全面更加深入，要求也更高。虽然期间碰到过许多的问题和困难，但是通过查阅相关的资料以及老师和同学对我的帮助，最后通过努力终于完成了任务。因此有一定的收获。譬如经过烦琐的查表，懂得了查表对于工科学生是必须掌握的能力，要“会用表” ；而遵守标准和规范是设计的基本原则。同时设计要结合具体实际情况，考虑生产的经济性，合理性等，选择最佳方案，这样才能完成一次成功的设计工作。 塔的设计有其特殊性，需要考虑制造、安装吊运、检修。对其强度、稳定性必须要有足够的保证，以满足塔设备工作时承受风载荷、地震载荷、偏心载荷以及雪载荷的要求。设计的思想第一是
14、保证安全，其次是环境保护，能源利用，工作效率和经济性等。设计是有严格遵循的步骤和方法。根据一定的条件和要求，确定设计的方向，包括选材，机械设计，强度和稳定性设计分析，开孔补强，制造工艺等。设计过程十分繁琐，需要很耐心地去做。必须以严谨的态度来进行设计，保证全面、正确、优化。在做此工作的时候心态很重要，也许不能一蹴而就，但经过多次的揣摩与验算，最终一定能达到设计的目的。也只有经过不断的实践探索，才能做到有所得。参考文献1郑津洋过程设备设计北京：化学工业出版社(第二版)，20052涂伟萍化工过程及设备设计北京：化学工业出版社，20003朱有庭化工设备设计手册北京：化学工业出版社(第一版)，2005 4巨勇智过程设备机械基础北京：国防工业出版社，20055卓 震化工容器及设备北京：中国石化出版社，1998附录